民族數控——力爭為高端數控機床領域補短板
2020-12-15 來源：-- 作者：-
根據國家有關部門要求，中國機床工具工業協會組織重點企業開展產業鏈供應鏈研究，梳理行業發展脈絡，推動行業企業融入以內循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局。為此，協會傳媒部就國產數控系統開發進展和應用推廣情況進行了采訪梳理，并予以系列報道，供行業企業和廣大用戶參考。
數控機床是裝備制造業最重要的“工業母機”，其技術水平代表著一個國家的綜合競爭力。數控系統是數控機床的核心組成部分，被譽為“機床的大腦”，但是長期被國外企業所壟斷，特別是航空、航天等重點領域所需的五軸加工、復合加工、重型、龍門等高檔數控系統大多采用進口品牌。
一、研發背景及市場分析
中國數控機床產業發展的歷史進程證明，高檔數控機床的關鍵核心技術是不能依靠引進的，必須立足于自主創新，必須研發出屬于中國自己的核心科技。高檔數控機床是實現工業現代化的基石，發展高檔數控機床，既是工業和信息化領域深化供給側結構性改革、加快推進制造強國建設的客觀需要，也是實施軍民融合深度發展戰略、確保國家安全的緊迫要求。
我國是世界機床制造第一大國，但同時也是世界第一大機床進口國，低端產品過剩、高端產品進口，我國雖然有龐大的生產能力，但卻缺乏技術先進的成套生產設備，機床工業大而不強制約著我國工業整體水平的提升。高端數控機床的核心零部件及高檔數控系統依賴進口的局面沒有得到根本改變。從整個工業發展看，工程機械、紡織機械、軌道交通等各行業的結構升級正在倒逼機床工具產品越來越智能化，導致數控系統、功能部件的“短板”愈加突出。
廣州數控設備有限公司（簡稱廣州數控）成立于1991年，擁有國家認定的企業技術中心、博士后工作站，是中國機床工具工業協會2020-2021年度當值理事長單位，全國機床數控系統標準化技術委員會主任委員單位，曾獲國家科技進步二等獎、制造業單項冠軍（機床數控系統）示范企業稱號，累計生產銷售機床數控系統配套數控機床超100萬臺，每年產銷數控系統近10萬套。
廣州數控擁有近500名研發人員，1000名工程技術人員。與上海交大、哈工大、西交大、華南理工、廣東工大等組建了聯合研發中心。10余年來累計投入用戶培訓服務、生產技術改革、技術開發費達20多億元。企業現有12萬平方米生產試驗基地，實驗儀器設備近千臺。
經過多年的技術攻關，在承擔國家專項的基礎上，在數控系統領域取得了相關成效，主要體現在數控控制裝置、直驅技術的直線電機、力矩電機、伺服驅動單元等，并配套在多種機床上測試。
二、技術成果
在承擔及參與國家科技重大專項多項任務的基礎上，廣州數控以振興民族企業、趕超國際先進為宗旨，大膽創新，經過30年的技術積累和攻關，形成了以GSK25i、218、988系列產品為代表的中高檔數控系統，打破國外技術壟斷，取得了包括五軸聯動、復合加工、齒輪加工、非圓加工、GSK-LINK總線、高速高精加工、高性能伺服系統等多方面技術突破。
同時，廣州數控自主研發的伺服驅動、伺服電機也完成了系列化開發，形成了近百個規格的產品，“三位一體”成套配套能力顯著增強，是國內數控系統產品產業鏈內布局最全的企業之一。
廣州數控目前已形成年產20萬套數控系統、40萬臺伺服電機的產能，不僅使國內外客戶越來越多地選用“GSK”系列數控系統，而且使他們對中國數控系統增強了信心，極大擴展了國內數控企業的生產空間，帶動了數控行業上下游企業的發展，有效推動著我國機床的數控化率和行業發展水平的提升。
同時，廣州數控通過主持或參與國家標準、行業標準制訂，提升了企業標準水平，規范完善了我國裝備制造業標準體系和數控產品及其功能配件的標準體系，促進了上下游緊密銜接的產品供應鏈，增強了數控系統行業上下游產品的兼容配套能力，推動和促進了行業發展。
三、技術亮點和創新點
1. GSK 25i數控系統
五軸聯動高檔數控系統，GSK 25i數控系統是采用當今數控系統領域前沿科技的高性能高可靠性CNC系統，產品已經通過歐盟CE和德國TUV認證，系統功能強大，操作方便。
系統采用基于工業以太網的GSK Link工業現場總線，用于機床數控系統各組成部分互連通信，具有五軸聯動RTCP（Rotated Tool CenterPoint，刀尖點跟隨功能）、高速高精加工、全閉環控制等功能，已在航空、航天、能源、汽車等行業廣泛應用，特別是在航空發動機、汽輪機葉片加工上，是目前國內五軸功能技術較先進、功能較強大、應用較廣泛、綜合性價比較高的中高端數控產品。
功能主要有：8軸5聯動，支持PC+NC開放型架構；五軸RTCP(刀具中心點控制)；傾斜面（3+2定位）加工；切削進給速度自適應控制；支持智能工廠網絡；適用于多功能加工中心、鏜、銑、鉆、車、磨、復合機床。
2. GSK 988TD系列數控系統
GSK988TD全系列產品基于雙核硬件架構，支持自主知識產權的GSK-Link工業以太網總線與伺服驅動單元、遠程IO單元相連，也支持EtherCAT（Control Automation Technology以太網控制自動化技術）總線，連接標準CoE接口伺服和IO單元。
技術特點：支持單/雙通道（合計12軸/6主軸）；可實現高速高精小線段程序加工；可選主軸同步控制、傾斜軸控制；具有進給軸同步控制、多邊形加工、多套G代碼格式、自動斷屑、高速螺紋加工和極速螺紋退尾、加加速度控制等功能；支持網絡遠程監控/Modbus協議；可進行車銑復合加工。
四、應用領域
GSK高檔數控系統主要應用于高端加工領域，致力于銑車復合、多軸聯動的復雜加工研究，滿足當前模具、汽車等重點領域對國產數控系統的加工需求。
1. 航空發動機、汽輪機葉片加工
（1）配套XKH800Z、XKH400A五軸葉片加工中心
用于加工航空發動機、汽輪機葉片，已向成發、西航、黎明、無錫透平等多家企業交付產品，8軸5聯動、機床最高速度24m/min、主軸最高轉速10000r/min。葉片葉身部位對表面光潔度、輪廓精度、加工效率（翻邊時的速度）要求較高，通過數控系統的RTCP功能實現了多軸聯動加工，完成復雜的空間曲面加工；在加工過程中，對刀具路徑進行有效的過濾、平滑，保證加工效率和加工質量。實測算法優化后葉身精加工時間7分22秒，比原加工提高效率約27%。
（2）FSW4080六軸龍門攪拌摩擦焊
6軸5聯動龍門攪拌摩擦焊接機，AC擺角主軸頭，工作臺面積4000mm×8000mm，程序運行中要疊加空間刀軸方向手動進給調節加工深度，主要用于航天領域運載火箭、空間站的零件焊接。利用系統的RTCP功能控制加工軌跡，實現空間曲面加工。可實現三維空間曲線焊接，接頭疲勞強度遠優于熔焊；具有焊接質量高、高效、無變形、接頭強度系數高等優點。
2. 配套珩磨機床實現在汽車發動機領域的應用
數控珩磨是汽車發動機缸體/缸套等精密偶件加工中必不可少的關鍵技術，珩磨的質量直接決定了發動機的動力性能、燃耗、排放、可靠性及使用壽命等。
自2011年開始，廣州數控聯合大河機床廠進行珩磨技術的攻關，推出了國內第一款珩磨數控系統產品，解決了該領域長期受制于人的局面。目前珩磨數控系統已在神龍汽車、中原內配等眾多發動機廠家配套應用。
3. 進口高端機床國產數控改造
通過進口高端數控機床的改造，證明了國產數控系統的配套能力，擴大了國產高端數控系統的影響力。近兩年來共向客戶交付20余臺應用國產數控系統再制造的進口高端數控機床，包括德、美、日、瑞士等國制造的五軸加工中心，五面龍門機床，臥式、立式加工中心，車銑復合機床和車削中心等。
五、結束語
廣州數控以發展中國民族制造品牌為使命，扛起振興智能裝備制造業的大旗，始終走在自主創新的道路上。廣州數控作為行業的龍頭企業，積極承擔國家重大科技攻關項目，并深入開展科技成果的推廣應用，取得了豐碩成果。
依托多年來在高端數控系統及機床研究方面的技術沉淀，廣州數控將與機床企業、高校、科研機構深入融合設計研發，研制出新一代高端數控系統、直驅伺服、直線電機、直驅轉臺，解決高端數控系統及機床高精高速、精度保持性和可靠性的技術瓶頸問題。
（文章來源：中國機床工具工業協會；供稿：廣州數控設備有限公司；編輯整理：梅峰）
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